WO2020152228A1 - Verfahren und auswerteeinheit zur erkennung einer fehlfunktion eines kraftstoffsystems eines verbrennungsmotors - Google Patents

Verfahren und auswerteeinheit zur erkennung einer fehlfunktion eines kraftstoffsystems eines verbrennungsmotors Download PDF

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WO2020152228A1
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fuel system
pressure
evaluation unit
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PCT/EP2020/051534
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Sebastian GRASREINER
Florian Hartl
Jonas Brückner
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning

Definitions

  • the invention relates to a fuel system for an internal combustion engine.
  • the invention relates to a method and a corresponding one
  • Device or evaluation unit for detecting a malfunction or a defect in a fuel system.
  • a vehicle with an internal combustion engine includes a fuel system
  • the present document deals with the technical problem of efficient and reliable detection and / or localization of a malfunction to enable a fuel system during the useful operation of an internal combustion engine.
  • an evaluation unit or a device for a fuel system is described.
  • the fuel system is set up to provide fuel (in particular liquid fuel such as gasoline or diesel) for the operation of an internal combustion engine.
  • the fuel system includes a fuel pump that is configured to deliver fuel to a fuel reservoir.
  • the fuel can be provided in the fuel accumulator with a relatively high physical pressure (e.g. with a pressure of 100 bar or more, 200 bar or more, or 300 bar or more, or 1000 bar or more).
  • a physical pressure of 1000 bar or more or 3000 bar or more (about 3500 bar) can be used in an internal combustion engine for diesel fuel.
  • the fuel system comprises one or more injection nozzles, which are set up to deliver fuel from the fuel accumulator into one or more cylinders of the internal combustion engine.
  • the one or more injectors can be configured to deliver fuel from the
  • Internal combustion engine exactly or at least have a corresponding injection nozzle.
  • Cylinder internal combustion engine have 4, 6 or 8 injection nozzles.
  • the fuel system can thus have one or more inflow components (e.g. one or more pumps and / or valves) via which the
  • Fuel storage fuel is supplied. Furthermore, it can
  • Fuel system have one or more drain components (in particular one or more injection nozzles), via which fuel is withdrawn from the fuel accumulator.
  • Fuel volume of the fuel accumulator can be described by the
  • Evaluation unit can be balanced and monitored based on the control data for controlling the individual components.
  • the injection nozzles can be selectively opened or activated in order to deliver fuel into the respective cylinder.
  • the fuel pump can be operated between the opening or activation phases of the individual injection nozzles in order to fill the common fuel reservoir for the injection nozzles again with fuel.
  • An injection nozzle and the fuel pump can thus be operated alternately in order to alternately remove fuel from the fuel accumulator or to convey fuel into the fuel accumulator.
  • N 2, 3, 4, 6, 8 or more.
  • one cycle can encompass two revolutions of the crankshaft (and thus a total angular range of 720 °).
  • a cycle can be
  • the evaluation unit is set up to determine pressure data in relation to the physical pressure in the fuel accumulator at a sampling time or at a specific crankshaft angle during operation of the fuel system.
  • the pressure data can by means of a pressure sensor of the
  • Fuel storage are detected.
  • the print data can be determined repeatedly at a large number of successive sampling times or for a large number of crankshaft angles.
  • a cycle e.g. with one or more crankshaft revolutions
  • a cycle can be divided into 100 or more, 500 or more, or 1000 or more sampling or angular intervals.
  • the evaluation unit can be set up to determine an actual pressure change in the fuel accumulator at the sampling time (or at the plurality of sampling times) on the basis of the pressure data.
  • the actual pressure change can be determined as the difference between the measured pressure at the current sampling time and the measured pressure at a (directly) previous sampling time.
  • the evaluation unit is set up to determine a reference pressure change and, if necessary, to compare the actual pressure change with the reference pressure change.
  • the reference pressure change can be based on a
  • Reference model of the fuel system can be determined or from a Depend on the reference model of the fuel system.
  • the reference model can depend on one or more properties (in particular on the flow volume) of the fuel pump and / or on one or more properties (in particular on the flow volume) of the one or more injection nozzles.
  • the reference model can depend on the compressibility properties of the fuel.
  • the reference model can be designed to indicate a change in the physical pressure in the fuel accumulator that is to be expected if the fuel system changes in accordance with the
  • Reference model behaves.
  • the reference model can be designed to predict a change in the physical pressure in the fuel accumulator to be expected at the sampling instant.
  • the evaluation unit is set up to detect a defect and / or a malfunction of the fuel system on the basis of the pressure data and on the (expected) reference pressure change. Furthermore, the physical pressure recorded at a (directly) previous sampling time can be taken into account in order to detect a defect and / or a malfunction of the
  • the pressure that results from the (expected) reference pressure change for the sampling time can be compared with the pressure displayed in the print data.
  • a defect and / or a malfunction of the fuel system can then be detected on the basis of the comparison.
  • a (faulty) operation of the fuel system or one that deviates from normal operation can be performed in a reliable and efficient manner
  • Component in particular the fuel pump and / or an injection nozzle of the fuel system can be detected.
  • the reference model for determining the reference pressure change can include one or more model parameters.
  • the one or more model parameters can depend on the flow rate and / or the flow volume Disconnect fuel from the fuel pump and / or one or more injectors.
  • the one or more model parameters can comprise at least one model parameter which indicates the actual flow volume of fuel of the fuel pump at the sampling time (ie in the time interval between two immediately successive sampling times).
  • the one or more model parameters can include at least one model parameter that indicates the actual flow volume of fuel of a particular injector of the one or more injectors at the sampling time (i.e. in the time interval between two immediately successive sampling times).
  • the evaluation unit can be set up to determine adapted parameter values for the one or more model parameters in order to determine the deviation of the reference pressure change determined by means of the reference model from that caused by the
  • a deviation that can be reduced or minimized can be determined on the basis of the measured pressure data and on the basis of the model-based reference pressure change in order to determine adapted parameter values for the one or more model parameters.
  • an actual pressure and a reference pressure are determined and subtracted from each other.
  • an actual pressure change and the reference pressure change can be determined and subtracted from one another.
  • the adjusted parameter values for the one or more model parameters can thus be determined in such a way that the deviation between the reference pressure change and the actual pressure change (or the deviation between
  • Reference pressure and actual pressure is reduced, in particular minimized.
  • the reference model with the adjusted parameter values for the one or more model parameters the actual behavior of the
  • the evaluation unit can be set up to detect a defect or a malfunction of the fuel system on the basis of the adjusted parameter values for the one or more model parameters. By determining adjusted parameter values for the one or more
  • Defects or malfunctions can be identified in a particularly reliable manner by model parameters.
  • the evaluation unit can be set up to compare the adjusted parameter values for the one or more model parameters with initial parameter values for the one or more model parameters.
  • the reference model can use the initial parameter values for the one or more model parameters to describe or model the target behavior and / or error-free behavior of the fuel system.
  • the initial initial value for the one or more model parameters can be used to describe or model the target behavior and / or error-free behavior of the fuel system.
  • Parameter values for which one or more model parameters have been calibrated and / or measured or determined on an error-free fuel system e.g. when or before the fuel system is started up.
  • a defect or a malfunction of the device can then be performed in a particularly reliable manner on the basis of the comparison of the adjusted parameter values with the initial parameter values
  • Fuel system can be detected.
  • the evaluation unit can be set up to determine whether or not the adjusted parameter values deviate from the initial parameter values by more than a minimum.
  • Minimum deviation depends on the manufacturing tolerance of the fuel system. A defect or malfunction of the fuel system can (if applicable only) be detected on the basis of the comparison if it has been determined that the adjusted parameter values deviate from the initial parameter values by more than the minimum deviation.
  • the evaluation unit can be set up to analyze the adapted parameter values for the one or more model parameters on the basis of a pattern recognition algorithm, in particular for a type of defect of the
  • the plurality of different defect types can e.g. a defect in the fuel pump and / or a defect in a specific one
  • a defect type can indicate whether the flow volume of the respective component (e.g. the fuel pump or an injection nozzle) of the fuel system is too high or too low.
  • the defect type can indicate whether there is a systematic measurement error of the pressure sensor for recording the pressure data.
  • the pattern recognition algorithm can be learned beforehand using a machine lem method (or in English a machine leaming method). The use of a pattern recognition algorithm enables a particularly reliable recognition of a
  • the evaluation unit can be set up to determine a corresponding sequence of adapted parameter values for the one or more model parameters at a sequence of times. In other words, there may be a development of the adjusted parameter values for the one or more
  • Model parameters can be determined as a function of time. Based on the temporal sequence of the adjusted parameter values for the one or more
  • Model parameters can then be predicted whether and if so at what point in time it is to be expected that the adjusted parameter values will be more than that
  • a fuel system which comprises the evaluation unit described in this document.
  • the fuel system can be used in connection with an internal combustion engine (e.g. a stationary internal combustion engine or an internal combustion engine of a (land, water and / or air) vehicle).
  • an internal combustion engine e.g. a stationary internal combustion engine or an internal combustion engine of a (land, water and / or air) vehicle.
  • a (road) motor vehicle in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle
  • the evaluation unit described in this document or the fuel system described in this document is described which comprises the evaluation unit described in this document or the fuel system described in this document.
  • a method for monitoring a fuel system with a fuel accumulator includes determining pressure data related to a physical pressure in the fuel accumulator at a sampling time during operation of the fuel system.
  • the method includes determining, based on a reference model for modeling the physical pressure in the fuel accumulator, a reference pressure change in the fuel accumulator at the time of sampling.
  • the method comprises the detection of a defect in the fuel system on the basis of the pressure data and on the basis of the reference pressure change.
  • a software (SW) program is described.
  • the SW program can be set up to be executed on a processor (for example on a control device of a vehicle) and thereby to carry out the method described in this document.
  • a storage medium is described.
  • the storage medium can comprise a software program which is set up to be executed on a processor and thereby to do so in the processor
  • Figure 1 shows an exemplary fuel system for an internal combustion engine
  • FIGS. 3 and 4 flow diagrams of exemplary methods for identifying a malfunction of a fuel system.
  • FIG. 1 shows an exemplary fuel system 100 with a low pressure area and a high pressure area. It should be noted that the aspects described in this document also apply to a
  • Fuel system 100 are applicable, which has only a low pressure area, in which fuel directly from the low pressure area into one
  • the system 100 shown in FIG. 1 comprises a fuel tank 101 in the low-pressure region, from which a filter 103 is used to pump a fuel tank 103
  • Fuel 110 is pumped into the high pressure area.
  • the high pressure region comprises a fuel pump 105, through which fuel 110 can be repeatedly pumped into a fuel reservoir 108.
  • the high pressure area can be decoupled from the low pressure area via a valve 104.
  • a check valve 106 can control the backflow of fuel 110 from the
  • the fuel system 100 typically includes multiple injectors or
  • Injectors 109 for multiple cylinders of an internal combustion engine.
  • the individual injection nozzles 109 are set up, fuel 110 from the
  • the fuel system 100 typically includes a pressure sensor 107, which is set up to record sensor data (also referred to in this document as Drock data) in relation to the physical pressure in the fuel reservoir 108.
  • LP low pressure
  • HD high pressure
  • At least some of the components of the HD injection system have a relatively high degree of integration with multiple functions and relatively high part costs.
  • the HD injection system typically has only a relatively few sensors, for example only a so-called rail pressure sensor 107 for measuring the high pressure in the injection system.
  • Other physical variables of the HD injection system for controlling, regulating and / or diagnosing the HD injection system are usually modeled or calculated.
  • General control systems such as lambda control, the
  • diagnosis of malfunctions of the HD injection is typically relatively difficult due to the relatively small number of sensor sizes and due to the interactions with other control systems.
  • diagnosis mostly requires active interventions in the high-pressure injection, which can only be carried out during maintenance, but not during the useful operation of a fuel system 100. This in turn affects the accuracy of the diagnosis, since diagnoses are usually only in idle mode
  • Internal combustion engine can be performed. Furthermore, a diagnosis is usually made during maintenance only in response to an error message or in response to a complaint from a user of the fuel system 100, and thus does not enable predictive maintenance. In addition, dedicated diagnostics are usually associated with relatively high costs during maintenance.
  • FIG. 2a shows an exemplary profile 203 of the physical pressure 202 in the fuel reservoir 108 of a fuel system 100 as a function of the angle 201 of the crankshaft of an internal combustion engine.
  • the internal combustion engine has four cylinders, each of which is supplied with fuel 110 in a dedicated angular range 203.
  • the solid vertical line 221 in the angular range 203 of a cylinder indicates the angle 201 at which the injector 109 of the cylinder is activated or opened in order to inject fuel 110 from the fuel reservoir 108 into the cylinder.
  • the pressure 202 in the fuel accumulator 108 drops.
  • FIG. 2a shows in the angular range 203 of a cylinder a further solid vertical line 211 at the angle 201, at which the fuel pump 105 is activated, in order to add new fuel 110 to the
  • Fuel pump 105 is deactivated again.
  • one of the N injection nozzles 109 and the fuel pump 105 of the fuel system 100 are operated alternately in one cycle, so that the pressure 202 drops or increases periodically. It should be noted that other sequences are possible between the activation of the fuel pump 105 and the injector injections. In particular, the number of
  • the pressure 202 in the fuel accumulator 108 oscillates between a relatively high first level 231 and a relative with a faultless fuel system 100 low second level 232.
  • the repeated operation of the fuel pump 105 leads to a defined pressure increase by a positive difference amount 233.
  • the operation of an injection nozzle 109 leads to a defined pressure drop by a negative difference amount 233.
  • Fuel pump 105 and injectors 109 can be expected to have a constant increase or decrease in the measured pressure 202 within a stationary load point.
  • the difference amount (ie the pressure change) 233 can be used to detect and / or to locate a malfunction of the fuel system 100.
  • FIG. 2 b shows an exemplary course 203 of the physical pressure 202 in the fuel accumulator 108 in the event of a defective injection nozzle 109 which has an excessively high fuel flow. It can be seen from the pressure curve 203 that the pressure drop for an injection nozzle 109 of the N injection nozzles 109 has a relatively high difference 234, which exceeds the target difference 233. From the excessive pressure drop, a malfunction of the injection nozzle 109 of the angular range 203 in which the excessive pressure drop occurred can be concluded.
  • the pressure increase and / or the pressure drop in the fuel accumulator 108 can be evaluated as a function of the current operating point or the current crankshaft angle 201.
  • a reference increase and / or a reference drop in pressure 202 can be determined by means of a reference model. The compressibility equation for the expected volume of fuel delivered can be taken into account.
  • the reference increase or the reference drop can then be compared with the respectively measured pressure increase or pressure drop, in particular in order to detect a deviation between the actual pressure difference or actual pressure change 234 and the target pressure difference or target pressure change 233. In this way, a fault in the fuel system 100 can be reliably detected and, if necessary, localized.
  • FIG. 3 shows a flowchart of an exemplary method 300 for detecting a malfunction of a fuel system 100.
  • the method 300 can be carried out by an evaluation unit 111 of the fuel system 100.
  • a measurement of the pressure 202 can be made using the Pressure sensor 107 take place (step 301) to an actual pressure value 311 (where a is the current crankshaft angle 201).
  • a target pressure value can be based on a reference model 318 can be provided. This can be a difference value 319 can be calculated (step 309) as
  • the reference model for determining the target pressure value 318 can be adapted in order to reduce, in particular to minimize, the difference value 319 (step 302).
  • Reference model are adjusted to reduce or minimize the difference value 319.
  • the adaptation of the reference model can, as shown in FIG. 3, be carried out iteratively.
  • the volume of fuel 110 that is fed into the fuel reservoir 108 can be modeled.
  • the volume of fuel 110 that is taken from the fuel reservoir 108 can be modeled on the basis of one or more characteristic curves for the one or more injection nozzles 109.
  • the volume change dV of fuel 110 in the fuel reservoir 108 can thus be determined in a time interval or angular interval (step 307).
  • Fuel 110 (which can be assumed to be constant). From the
  • Angular value can then the current target or reference pressure value
  • One or more model parameters of the reference model in particular one or more model parameters in relation to the one or more characteristic curves Determination of the flow volume of the fuel valve 104 and / or the fuel pump 105 or the injection nozzles 109 can be adapted in order to reduce, in particular to minimize, the pressure difference 319.
  • a new or adapted set 313 of parameter values for the one or more model parameters can be provided.
  • the new or adapted parameter set 313 can be used with a
  • step 305 It can then be checked (step 305) whether the parameter deviation 314 exceeds or does not exceed a certain deviation threshold. If the deviation threshold value is not exceeded, an error-free fuel system 100 can be assumed. On the other hand, an error can be assumed if the deviation threshold is exceeded. Furthermore, the new or adapted parameter set
  • step 306 e.g. using pattern recognition to determine information related to a type of failure and / or a defective component (e.g., fuel valve 104, fuel pump 105 and / or a particular injector 109).
  • a defective component e.g., fuel valve 104, fuel pump 105 and / or a particular injector 109.
  • An online optimization of reference model parameters can thus be carried out in order to reduce or minimize the deviation 319 between the actual pressure value 311 and the target pressure value, starting from an initial parameter set 317.
  • Parameter values 313 can be compared with the initial parameter set 317 and used as an error matrix for the deviation detection. If a maximum permissible deviation is exceeded, the maximum permissible deviation taking into account component tolerances or from Depending on component tolerances, a diagnosis can be made on the basis of predefined fault patterns (for example by means of pattern recognition) in order to detect a fault in the fuel system 100.
  • Exemplary model parameters are
  • the volume DV of fuel 110 that is pumped through the fuel pump 105 in a time interval or in an angular interval (e.g. per angular range 203); the volume can vary per time interval or angle interval; and or
  • the offset value Dr can indicate a malfunction of the pressure sensor 107 (in particular a systematic error of the pressure sensor 107).
  • FIG. 4 shows a flow diagram of an exemplary method 400 for
  • the method 400 can be carried out by an evaluation unit 11 1 (in particular by a control unit) of the fuel system 100.
  • the fuel system 100 includes a fuel pump 105 that is configured to fuel 110
  • the fuel system 100 also includes one or more
  • Injection nozzles 109 which are configured to deliver fuel 110 from the (common) fuel reservoir 108 into one or more cylinders of the internal combustion engine.
  • the method 400 includes determining 401 Drock data related to a physical pressure 202 in the fuel reservoir 108 at one
  • the pressure data can be recorded by means of a pressure sensor 107.
  • the print data can be acquired at a plurality of successive sampling times (or for a multiplicity of different crankshaft angles 201). In other words, the method 400 can be acquired at a multiplicity of
  • crankshaft angle range can be divided into 100, 500, 1000 or more sampling points or crankshaft angle 201.
  • Method 400 may further include determining an actual pressure change in fuel reservoir 108 at the sampling time based on the pressure data.
  • the actual pressure change can be compared (in particular by
  • Difference formation of the pressure 202 at the current sampling time can be determined with the pressure 202 at the previous sampling time.
  • method 400 includes determining 402 a reference pressure change 318 at the sampling instant or in the time interval between the previous sampling instant and the current sampling instant.
  • the reference pressure change 318 can be determined using a reference model of the fuel system 100.
  • the actual pressure change can be compared with the reference pressure change 318 as part of the method 400.
  • a deviation 319 between the actual pressure change and the reference pressure change 318 can then be determined.
  • the method 400 further comprises detecting 403 a defect or malfunction of the fuel system 100 on the basis of the pressure data and on the basis of the reference pressure change 318. In particular, on the basis of the comparison or the deviation 319 between the actual pressure change and the reference pressure change 318 (or between actual pressure 311 and target or reference pressure) a defect or malfunction of the fuel system 100 can be detected.
  • the measures described in this document enable robust diagnosis of the high-pressure system and / or the low-pressure system of a fuel system 100 in commercial operation.
  • the described diagnostic model is based on the activation times of the components 105, 109 of the HD or ND system
  • the adjusted parameter values for the one or more model parameters of the reference model of a fuel system 100 can be run along the running time of the
  • Fuel system 100 (e.g. as a function of the mileage of a
  • Internal combustion engine of a vehicle can be determined. Based on the temporal development of the adjusted parameter values for the one or more model parameters, a development trend of the adjusted parameters can then be made
  • Extract or extract parameter values for the one or more model parameters be predicted.
  • it can be predicted whether and if so when the adjusted parameter values for the one or more model parameters will deviate from the initial parameter values by more than the minimum deviation.
  • An impending fault in the fuel system 100 can thus be predicted (even before the fault occurs).

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Abstract

Es wird eine Auswerteeinheit für ein Kraftstoffsystem zur Bereitstellung von Kraftstoff für den Betrieb eines Verbrennungsmotors beschrieben. Das Kraftstoffsystem umfasst eine Kraftstoffpumpe, die eingerichtet ist, Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher zu befördern, sowie ein oder mehrere Einspritzdüsen, die eingerichtet sind, Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher in ein oder mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors zu befördern. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, während des Betriebs des Kraftstoffsystems an einem. Abtastzeitpunkt, Druckdaten in Bezug auf einen, physikalischen Druck in dem Kraftstoffspeicher zu ermitteln. Außerdem ist die Auswerteeinheit eingerichtet, anhand eines Referenzmodells des Kraftstoffsystems eine Referenz-Druckänderung zu ermitteln und auf Basis der Druckdaten und der Referenz-Druckänderung einen Defekt des Kraftstoffsystems zu delektieren.

Description

Verfahren und Auswerteeinheit zur Erkennung einer Fehlfunktion eines Kraftstoffsystems eines Verbrennungsmotors
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung bzw. Auswerteeinheit zur Erkennung einer Fehlfunktion bzw. eines Defektes eines Kraftstoffsystems.
Ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor umfasst ein Kraftstoffsystem zur
Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff, insbesondere mit Benzin oder Diesel. Zur Erkennung und/oder zur Lokalisierung einer Fehlfunktion des Kraftstoffsystems eines Fahrzeugs erfolgen typischerweise aktive Eingriffe in das Kraftstoffsystem, die jedoch meist nicht während des Nutzbetriebs des Fahrzeugs durchgeführt werden können.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine effiziente und zuverlässige Erkennung und/oder Lokalisierung einer Fehlfunktion eines Kraftstoffsystems während des Nutzbetriebs eines Verbrennungsmotors zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird durch jeden einzelnen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird daraufhingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird eine Auswerteeinheit bzw. eine Vorrichtung filr ein Kraftstoffsystem beschrieben. Das Kraftstoffsystem ist eingerichtet, Kraftstoff (insbesondere flüssigen Kraftstoff wie z.B. Benzin oder Diesel) für den Betrieb eines Verbrennungsmotors bereitzustellen. Das Kraftstoffsystem umfasst eine Kraftstoffpumpe, die eingerichtet ist, Kraftstoff in einen Kraftstoffspeicher zu befördern. Dabei kann der Kraftstoff in dem Kraftstoffspeicher mit einem relativ hohen physikalischen Druck (z.B. mit einem Druck von 100bar oder mehr, 200bar oder mehr, bzw. 300bar oder mehr, bzw. 1000bar oder mehr) bereitgestellt werden. Insbesondere kann bei einem Verbrennungsmotor für Diesel-Kraftstoff ein physikalischer Druck von 1000bar oder mehr bzw. 3000bar oder mehr (etwa 3500bar) verwendet werden. Andererseits kann das Kraftstoffsystem ggf. im Niederdruck (ND) Bereich betrieben werden. In diesem Fall kann der
physikalische Druck in dem Kraftstoffspeicher zwischen lbar und 10bar liegen. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem ein oder mehrere Einspritzdüsen, die eingerichtet sind, Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher in ein oder mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors zu befördern. Mit anderen Worten, die ein oder mehreren Einspritzdüsen können eingerichtet sein, Kraftstoff aus dem
Kraftstoffspeicher zu einem Arbeitsgemisch (insbesondere zu einem Kraftstoff- Luft-Gemisch) eines oder mehrerer Zylinder des Verbrennungsmotors zu befördern. Dabei kann das Kraftstoffsystem für jeden Zylinder des
Verbrennungsmotors genau oder zumindest eine entsprechende Einspritzdüse aufweisen. Beispielsweise kann das Kraftstoffsystem für einen 4, 6 oder 8
Zylinder-Verbrennungsmotor 4, 6 oder 8 Einspritzdüsen aufweisen.
Das Kraftstoffsystem kann somit ein oder mehrere Zufluss-Komponenten (z.B. ein oder mehrere Pumpen und/oder Ventile) aufweisen, über die dem
Kraftstoffspeicher Kraftstoff zugefuhrt wird. Des Weiteren kann das
Kraftstoffsystem ein oder mehrere Abfluss-Komponenten (insbesondere ein oder mehrere Einspritzdüsen) aufweisen, über die dem Kraftstoffspeicher Kraftstoff entnommen wird. Die (insbesondere alle) Zuläufe und Abläufe zum
Kraftstoffvolumen des Kraftstoffspeichers können durch die beschriebene
Auswerteeinheit auf Basis der Ansteuerdaten zur Ansteuerung der einzelnen Komponenten bilanziert und überwacht werden.
Die Einspritzdüsen können in Abhängigkeit von dem Winkel der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors selektiv geöffnet bzw. aktiviert werden, um Kraftstoff in den jeweiligen Zylinder zu befördern. Des Weiteren kann zwischen den öffnungs- bzw. Aktivierungsphasen der einzelnen Einspritzdüsen die Kraftstoffpumpe betrieben werden, um den gemeinsamen Kraftstoffspeicher für die Einspritzdüsen wieder mit Kraftstoff zu befullen. Es können somit abwechselnd jeweils eine Einspritzdüse und die Kraftstoffpumpe betrieben werden, um abwechselnd Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher zu entnehmen bzw. Kraftstoff in den Kraftstoffspeicher zu befördern. In einem Zyklus (z.B. für ein oder mehrere Umdrehungen der Kurbelwelle) können dabei die N Einspritzdüsen des
Kraftstoffsystems jeweils einmal und die Kraftstoffpumpe N mal aktiviert werden, wobei z.B. N=2, 3, 4, 6, 8 oder mehr. Beispielsweise kann bei einem 4-Takt Verbrennungsmotor ein Zyklus zwei Umdrehungen der Kurbelwelle umfassen (und somit einen Gesamt-Winkelbereich von 720°). Ein Zyklus kann
insbesondere einen kompletten Durchlauf von Einlass, Verdichtung, Expansion (Arbeit) und Auslass für alle Zylinder eines Verbrennungsmotors umfassen bzw. diesem entsprechen.
Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, während des Betriebs des Kraftstoffsystems an einem Abtastzeitpunkt bzw. an einem bestimmten Kurbelwellen-Winkel, Druckdaten in Bezug auf den physikalischen Druck in dem Kraftstoffspeicher zu ermitteln. Die Druckdaten können mittels eines Drucksensors des
Kraftstoffspeichers erfasst werden. Die Druckdaten können wiederholt an einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten bzw. für eine Vielzahl von Kurbelwellen-Winkeln ermittelt werden. Dabei kann ein Zyklus (z.B. mit ein oder mehreren Kurbelwellen-Umdrehungen) in 100 oder mehr, 500 oder mehr, bzw. 1000 oder mehr Abtast- bzw. Winkelintervalle unterteilt werden. Durch das wiederholte Erfassen und Auswerten von Druckdaten kann das Kraftstoffsystem an der Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten bzw. an der Vielzahl von unterschiedlichen Kurbelwellen-Winkeln überwacht werden.
Außerdem kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, auf Basis der Druckdaten eine Ist-Druckänderung in dem Kraftstoffspeicher an dem Abtastzeitpunkt (bzw. an der Vielzahl von Abtastzeitpunkten) zu ermitteln. Dabei kann die Ist- Druckänderung als Differenz aus dem gemessenen Druck an dem aktuellen Abtastzeitpunkt und dem gemessenen Druck an einem (direkt) vorhergehenden Abtastzeitpunkt ermittelt werden.
Ferner ist die Auswerteeinheit eingerichtet, eine Referenz-Druckänderung zu ermitteln, und ggf. die Ist-Druckänderung mit der Referenz-Druckänderung zu vergleichen. Dabei kann die Referenz-Druckänderung auf Basis eines
Referenzmodells des Kraftstoffsystems ermittelt werden oder von einem Referenzmodell des Kraftstoffsystems abhängen. Das Referenzmodell kann von ein oder mehreren Eigenschaften (insbesondere von dem Durchflussvolumen) der Kraftstoffpumpe und/oder von ein oder mehreren Eigenschaften (insbesondere von dem Durchflussvolumen) der ein oder mehreren Einspritzdüsen abhängen. Des Weiteren kann das Referenzmodell von Kompressibilitätseigenschaften des Kraftstoffs abhängen. Insbesondere kann das Referenzmodell ausgebildet sein, eine Änderung des physikalischen Drucks in dem Kraftstoffspeicher anzuzeigen, die zu erwarten ist, wenn sich das Kraftstoffsystem entsprechend dem
Referenzmodell verhält. Mit anderen Worten, das Referenzmodell kann ausgebildet sein, eine an dem Abtastzeitpunkt zu erwartende Änderung des physikalischen Drucks in dem Kraftstoffspeicher zu prädizieren.
Ferner ist die Auswerteeinheit eingerichtet, auf Basis der Druckdaten und auf Basis der (zu erwartenden) Referenz-Druckänderung einen Defekt und/oder eine Fehlfunktion des Kraftstoffsystems zu detektieren. Des Weiteren kann der an einem (direkt) vorhergehenden Abtastzeitpunkt erfasste physikalische Druck berücksichtigt werden, um einen Defekt und/oder eine Fehlfunktion des
Kraftstoffsystems zu detektieren. Insbesondere kann der Druck, der sich aus der (zu erwartenden) Referenz-Druckänderung für den Abtastzeitpunkt ergibt, mit dem in den Druckdaten angezeigten Druck verglichen werden. Es kann dann auf Basis des Vergleichs ein Defekt und/oder eine Fehlfunktion des Kraftstoffsystems delektiert werden. Insbesondere kann auf Basis des Vergleichs der sich aus den Druckdaten ergebenden Ist-Druckänderung mit der berechneten Referenz- Druckänderung in zuverlässiger und effizienter Weise ein von dem Normalbetrieb abweichender (fehlerhafter) Betrieb des Kraftstoffsystems bzw. einer
Komponente (insbesondere der Kraftstoffpumpe und/oder einer Einspritzdüse) des Kraftstoffsystems delektiert werden.
Das Referenzmodell zur Ermittlung der Referenz-Druckänderung kann ein oder mehrere Modellparameter umfassen. Die ein oder mehreren Modellparameter können dabei von der Durchflussrate und/oder von dem Durchflussvolumen an Kraftstoff der Kraftstoffpumpe und/oder der ein oder mehreren Einspritzdüsen abhängen. Insbesondere können die ein oder mehreren Modellparameter zumindest einen Modellparameter umfassen, der das Ist-Durchflussvolumen an Kraftstoff der Kraftstoffpumpe an dem Abtastzeitpunkt (d.h. in dem Zeitintervall zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Abtastzeitpunkten) anzeigt.
Alternativ oder ergänzend können die ein oder mehreren Modellparameter zumindest einen Modellparameter umfassen, der das Ist-Durchflussvolumen an Kraftstoff einer bestimmten Einspritzdüse der ein oder mehreren Einspritzdüsen an dem Abtastzeitpunkt (d.h. in dem Zeitintervall zwischen zwei direkt aufeinander folgenden Abtastzeitpunkten) anzeigt.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, angepasste Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter zu ermitteln, um die Abweichung der mittels des Referenzmodells ermittelten Referenz-Druckänderung von der durch die
Druckdaten angezeigten Ist-Druckänderung zu reduzieren, bzw. um die
Abweichung eines mittels des Referenzmodells ermittelten Referenz-Drucks von einem durch die Druckdaten angezeigten Ist-Druck zu reduzieren.
Mit anderen Worten, es kann auf Basis der gemessenen Druckdaten und auf Basis der modellbasierten Referenz-Dmckänderung eine Abweichung ermittelt werden, die reduziert bzw. minimiert werden kann, um angepasste Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter zu ermitteln. Dabei können z.B. ein Ist-Druck und ein Referenz-Druck ermittelt und voneinander abgezogen werden. In entsprechender Weise können eine Ist-Druckänderung und die Referenz- Druckänderung ermittelt und voneinander abgezogen werden.
Die angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter können somit derart ermittelt werden, dass die Abweichung zwischen Referenz- Dmckänderung und Ist-Druckänderung (bzw. die Abweichung zwischen
Referenz-Druck und Ist-Druck) reduziert, insbesondere minimiert, wird. Als Folge daraus kann das Referenzmodell mit den angepassten Parameterwerten für die ein oder mehreren Modellparameter das tatsächliche Verhalten des
Kraftstoffsystems beschreiben bzw. modellieren (wobei das tatsächliche
Verhalten des Kraftstoffsystems bei Vorliegen eines Defektes bzw. einer
Fehlfunktion von dem Sollverhalten des Kraftstoffsystems abweichen kann).
Des Weiteren kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, auf Basis der angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter einen Defekt bzw. eine Fehlfunktion des Kraftstoffsystems zu detektieren. Durch die Ermittlung von angepassten Parameterwerten für die ein oder mehreren
Modellparameter können Defekte bzw. Fehlfunktion in besonders zuverlässiger Weise erkannt werden.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, die angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter mit initialen Parameterwerten für die ein oder mehreren Modellparameter zu vergleichen. Dabei kann das Referenzmodell mit den initialen Parameterwerten für die ein oder mehreren Modellparameter das Sollverhalten und/oder ein fehlerfreies Verhalten des Kraftstoffsystems beschreiben bzw. modellieren. Insbesondere können dabei die initialen
Parameterwerte für die ein oder mehrere Modellparameter an einem fehlerfreien Kraftstoffsystem kalibriert und/oder gemessen bzw. ermittelt worden sein (z.B. bei oder vor Inbetriebnahme des Kraftstoffsystems). Es kann dann in besonders zuverlässiger Weise auf Basis des Vergleichs der angepassten Parameterwerte mit den initialen Parameterwerten ein Defekt bzw. eine Fehlfunktion des
Kraftstoffsystems detektiert werden.
Insbesondere kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, zu bestimmen, ob die angepassten Parameterwerte um mehr als eine Mindestabweichung von den initialen Parameterwerten abweichen oder nicht. Dabei kann die
Mindestabweichung von der Fertigungstoleranz des Kraftstoffsystems abhängen. Es kann (ggf. nur dann) ein Defekt bzw. eine Fehlfunktion des Kraftstoffsystems auf Basis des Vergleichs detektiert werden, wenn bestimmt wurde, dass die angepassten Parameterwerte um mehr als die Mindestabweichung von den initialen Parameterwerten abweichen. Durch die Berücksichtigung einer
Mindestabweichung kann die Robustheit der Fehlererkennung weiter erhöht werden.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, die angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter anhand eines Mustererkennungs- Algorithmus zu analysieren, insbesondere um einen Typ des Defekts des
Kraftstoffsystems aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Defekt-Typen zu ermitteln. Die Mehrzahl von unterschiedlichen Defekt-Typen kann z.B. einen Defekt der Kraftstoffpumpe und/oder einen Defekt einer bestimmten
Einspritzdüse der ein oder mehreren Einspritzdüsen umfassen. Des Weiteren kann ein Defekt-Typ anzeigen, ob das Durchflussvolumen der jeweiligen Komponente (z.B. der Kraftstoffpumpe bzw. einer Einspritzdüse) des Kraftstoffsystems zu hoch bzw. zu niedrig ist. Alternativ oder ergänzend kann der Defekt-Typ anzeigen, ob ein systematischer Messfehler des Drucksensors zur Erfassung der Druckdaten vorliegt. Der Mustererkennungs-Algorithmus kann im Vorfeld mittels eines Maschinen-Lem-Verfahrens (bzw. auf Englisch eines machine-leaming- Verfahrens) angelernt worden sein. Die Verwendung eines Mustererkennungs- Algorithmus ermöglicht eine besonders zuverlässige Erkennung eines
Fehlverhaltens eines Kraftstoffsystems.
Die Auswerteeinheit kann eingerichtet sein, an einer Sequenz von Zeitpunkten eine entsprechende Sequenz von angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter zu ermitteln. Mit anderen Worten, es kann eine Entwicklung der angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren
Modellparameter als Funktion der Zeit ermittelt werden. Auf Basis der zeitlichen Sequenz der angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren
Modellparameter kann dann prädiziert werden, ob und ggf. zu welchem Zeitpunkt zu erwarten ist, dass die angepassten Parameterwerte um mehr als die
Mindestabweichung von den initialen Parameterwerten abweichen. Mit anderen Worten, auf Basis der zeitlichen Sequenz der angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter kann ein zukünftiges Fehlverhalten des Kraftstoffsystems prädiziert werden (noch bevor ein derartiges Fehlverhalten auftritt).
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftstoffsystem beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Auswerteeinheit umfasst. Das KraftstofFsystem kann in Zusammenhang mit einem Verbrennungsmotor (z.B. einem stationär betriebenen Verbrennungsmotor oder einem Verbrennungsmotor eines (Land-, Wasser-, und/oder Luft-) Fahrzeugs) genutzt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Auswerteeinheit bzw. das in diesem Dokument beschriebene Kraftstoffsystem umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Überwachung eines Kraftstoffsystems mit einem Kraftstoffspeicher beschrieben. Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Druckdaten in Bezug auf einen physikalischen Druck in dem Kraftstoffspeicher an einem Abtastzeitpunkt während des Betriebs des Kraftstoffsystems. Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln, auf Basis eines Referenzmodells zur Modellierung des physikalischen Drucks in dem Kraftstoffspeicher, einer Referenz-Druckänderung in dem Kraftstoffspeicher an dem Abtastzeitpunkt. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Delektieren eines Defekts des Kraftstoffsystems auf Basis der Druckdaten und auf Basis der Referenz-Druckänderung.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgefuhrt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszufuhren. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem
Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 ein beispielhaftes Kraftstoffsystem für einen Verbrennungsmotor;
Figuren 2a und 2b beispielhafte (zeitliche und/oder Winkel-) Verläufe des physikalischen Drucks in dem Kraftstoffspeicher eines Kraftstoffsystems; und Figuren 3 und 4 Ablaufdiagramme von beispielhaften Verfahren zur Erkennung einer Fehlfunktion eines Kraftstoffsystems.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und zuverlässigen Erkennung von Fehlfunktionen in einem
Kraftstoffsystem während des Nutzbetriebs des Kraftstoffsystems. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 ein beispielhaftes Kraftstoffsystem 100 mit einem Niederdruckbereich und einem Hochdruckbereich. Es sei daraufhingewiesen, dass die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte auch auf ein
Kraftstoffsystem 100 anwendbar sind, das nur einen Niederdruckbereich aufweist, bei dem direkt aus dem Niederdruckbereich Kraftstoff in einen
Verbrennungsmotor eingespritzt wird. Das in Fig. 1 dargestellte System 100 umfasst im Niederdruckbereich einen Kraftstofftank 101, aus dem über ein Filter 102 mittels einer Pumpe 103
Kraftstoff 110 in den Hochdruckbereich gepumpt wird. Der Hochdruckbereich umfasst eine Kraftstoffpumpe 105, durch die wiederholt Kraftstoff 110 in einen Kraftstoffspeicher 108 gepumpt werden kann. Der Hochdruckbereich kann über ein Ventil 104 von dem Niederdruckbereich entkoppelt werden. Des Weiteren kann ein Rückschlagventil 106 den Rückfluss von Kraftstoff 1 10 aus dem
Kraftstoffspeicher 108 in Richtung des Kraftstofftanks 101 unterbinden.
Das Kraftstoffsystem 100 umfasst typischerweise mehrere Injektoren bzw.
Einspritzdüsen 109 für mehrere Zylinder eines Verbrennungsmotors. Die einzelnen Einspritzdüsen 109 sind eingerichtet, Kraftstoff 110 aus dem
gemeinsamen Kraftstoffspeicher 108 in die jeweiligen Zylinder einzuspritzen. Des Weiteren umfasst das Kraftstoffsystem 100 typischerweise einen Drucksensor 107, der eingerichtet ist, Sensordaten (in diesem Dokument auch als Drockdaten bezeichnet) in Bezug auf den physikalischen Druck in dem Kraftstoffspeicher 108 zu erfassen. Fig. 1 zeigt somit ein Direkteinspritz-System 100 mit einer Niederdruck (ND)- Kraftstoffzul ieferung und einem Hochdruck (HD)-Einspritzsystem. Bereits relativ kleine Defekte des HD-Einspritzsystems können relativ große Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit, das Emissionsverhalten und/oder die
Laufkultur eines Verbrennungsmotors und damit auf das Fahrverhalten eines Fahrzeugs haben. Dabei weisen die Komponenten des HD-Einspritzsystems zumindest teilweise einen relativ hohen Integrationsgrad mit mehreren Funktionen sowie relativ hohe Teilekosten auf. Ferner weist das HD-Einspritzsystem typischerweise nur relativ wenige Sensoren auf, z.B. nur einen sogenannten Raildrucksensor 107 zur Messung des Hochdrucks in der Einspritzanlage. Weitere physikalische Größen des HD-Einspritzsystems zur Steuerung, Regelung und/oder Diagnose des HD-Einspritzsystems werden zumeist modelliert bzw. berechnet. Übergreifende Reglersysteme wie z.B. die Lambdaregelung, die
Verbrennungsregelung und/oder die Momentenregelung eines
Verbrennungsmotors interagieren typischerweise mit der Einspritzung. Die Diagnose von Fehlfunktionen der HD-Einspritzung ist aufgrund der relativ geringen Anzahl von Sensorgrößen und aufgrund der Interaktionen mit anderen Reglersystemen typischerweise relativ schwierig. Insbesondere erfordert die Diagnose meist aktive Eingriffe in die HD-Einspritzung, die nur während der Wartung, jedoch nicht während des Nutzbetriebs eines Kraftstoff systems 100 durchgefuhrt werden können. Dadurch wird wiederum die Genauigkeit der Diagnose beeinträchtigt, da Diagnosen meist nur im Leerlaufbetrieb des
Verbrennungsmotors durchgefuhrt werden können. Des Weiteren erfolgt eine Diagnose während der Wartung meist erst in Reaktion auf eine Fehlermeldung bzw. in Reaktion auf eine Beschwerde eines Nutzers des Kraftstoffsystems 100, und ermöglicht somit keine prädiktive Wartung. Außerdem sind dedizierte Diagnosen während der Wartung meist mit relativ hohen Kosten verbunden.
Fig. 2a zeigt einen beispielhaften Verlauf 203 des physikalischen Drucks 202 in dem Kraftstoffspeicher 108 eines Kraftstoffsystems 100 als Funktion des Winkels 201 der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors. Der Verbrennungsmotor weist in dem dargestellten Beispiel vier Zylinder auf, die jeweils in einem dedizierten Winkelbereich 203 mit Kraftstoff 110 versorgt werden. Die durchgezogene vertikale Linie 221 in dem Winkelbereich 203 eines Zylinders zeigt den Winkel 201 an, bei dem die Einspritzdüse 109 des Zylinders aktiviert bzw. geöffnet wird, um Kraftstoff 110 aus dem Kraftstoffspeicher 108 in den Zylinder einzuspritzen. Als Folge daraus sinkt der Druck 202 in dem Kraftstoffspeicher 108. Die gestrichelte Linie 222 zeigt den Winkel 201 an, bei dem die Einspritzdüse 109 des Zylinders wieder deaktiviert bzw. geschlossen wird, so dass der Druck 202 daraufhin in dem Kraftstoffspeicher 108 auf einem reduzierten (zweiten) Niveau 232 im Wesentlichen konstant bleibt. Des Weiteren zeigt Fig. 2a in dem Winkelbereich 203 eines Zylinders eine weitere durchgezogene vertikale Linie 211 bei dem Winkel 201, bei dem die Kraftstoffpumpe 105 aktiviert wird, um neuen Kraftstoff 110 in den
Kraftstoffspeicher 108 zu pumpen. Als Folge daraus steigt der physikalische Druck 202 in dem Kraftstoffspeicher 108 wieder auf ein erhöhtes (erstes) Niveau 231 an. Die gestrichelte Linie 212 zeigt den Winkel 201 an, bei dem die
Kraftstoffpumpe 105 wieder deaktiviert wird.
Folglich werden in einem Zyklus jeweils eine der N Einspritzdüsen 109 und die Kraftstoffpumpe 105 des Kraftstoffsystems 100 abwechselnd betrieben, so dass der Druck 202 periodisch sinkt bzw. steigt. Es sei daraufhingewiesen, dass auch andere Abfolgen zwischen der Aktivierung der Kraftstoffpumpe 105 und den Injektoreinspritzungen möglich ist. Insbesondere kann die Anzahl der
Pumpenförderhübe pro Umdrehung ungleich der Anzahl der
Injektoreinspritzungen pro Umdrehung sein. Ggf. können die Kraftstoffzugabe (durch die Pumpe 105) und die Kraftstoffabführung (durch zumindest einen Injektor 109) zeitgleich erfolgen.
Wie aus Fig. 2a zu entnehmen ist, oszilliert in einem Beispiel, bei dem die Kraftstoffpumpe 105 und die einzelnen Einspritzdüsen 109 abwechselnd betrieben werden, der Druck 202 in dem Kraftstoffspeicher 108 bei einem fehlerfreien Kraftstoffsystem 100 zwischen einem relativ hohen ersten Niveau 231 und einem relativ niedrigen zweiten Niveau 232. Dabei fuhrt der wiederholte Betrieb der Kraftstoffpumpe 105 zu einem definierten Druckanstieg um einen positiven Differenzbetrag 233. Andererseits führt der Betrieb einer Einspritzdüse 109 zu einem definierten Druckabfall um einen negativen Differenzbetrag 233. Mit anderen Worten, es ist bei wiederholtem Betrieb von Kraftstoffpumpe 105 und Injektoren 109 innerhalb eines stationären Lastpunktes mit einem jeweils konstanten Anstieg bzw. Abfall des gemessenen Drucks 202 zu rechnen. Der Differenzbetrag (d.h. die Druckänderung) 233 kann zur Erkennung und/oder zur Lokalisierung einer Fehlfunktion des Kraftstoffsystems 100 verwendet werden. Fig. 2b zeigt einen beispielhaften Verlauf 203 des physikalischen Drucks 202 in dem Kraftstoffspeicher 108 fiir den Fall einer defekten Einspritzdüse 109, die einen zu hohen Kraftstoff-Durchfluss aufweist. Aus dem Druckverlauf 203 ist ersichtlich, dass der Druckabfall fiir eine Einspritzdüse 109 der N Einspritzdüsen 109 einen relativ hohen Differenzbetrag 234 aufweist, der über den Soll- Differenzbetrag 233 hinausgeht. Aus dem überhöhten Druckabfall kann auf eine Fehlfunktion der Einspritzdüse 109 des Winkelbereichs 203 geschlossen werden, im dem der überhöhte Druckabfall aufgetreten ist.
Durch die Überwachung des Verlaufs 203 des physikalischen Drucks 202 in dem Kraftstoffspeicher 108 wird somit eine passive, beobachtende Diagnose ermöglicht, die im Nutzbetrieb genutzt werden kann und die keine
Rückwirkungen auf den Betrieb des Kraftstoffsystems 100 aufweist. Insbesondere kann der Druckanstieg und/oder der Druckabfall in dem Kraftstoffspeicher 108 in Abhängigkeit von dem jeweils aktuellen Betriebspunkt bzw. von dem aktuellen Kurbelwellen-Winkel 201 ausgewertet werden. Mittels eines Referenzmodells können ein Referenzanstieg und/oder ein Referenzabfall des Drucks 202 ermittelt werden. Dabei kann die Kompressibilitätsgleichung für das zu erwartende geförderte Kraftstoffvolumen berücksichtigt werden. Der Referenzanstieg bzw. der Referenzabfall können dann mit dem jeweils gemessenen Druckanstieg bzw. Druckabfall verglichen werden, insbesondere um eine Abweichung zwischen Ist- Druckdifferenz bzw. Ist-Druckänderung 234 und Soll-Druckdifferenz bzw. Soll- Druckänderung 233 zu detektieren. So kann in zuverlässiger Weise ein Fehler des Kraftstoffsystems 100 detektiert und ggf. lokalisiert werden.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zur Erkennung einer Fehlfünktion eines Kraftstoffsystems 100. Das Verfahren 300 kann durch eine Auswerteeinheit 111 des Kraftstoffsystems 100 ausgeführt werden. An einem bestimmten Abtastzeitpunkt bzw. bei einem bestimmten Kurbelwellen-Winkel 201 kann eine Messung des Drucks 202 mittels des Drucksensors 107 erfolgen (Schritt 301), um einen Ist-Druckwert
Figure imgf000017_0001
311 bereitzustellen (wobei a der aktuelle Kurbelwellen- Winkel 201 ist). Des Weiteren kann auf Basis eines Referenzmodells ein Soll-Druckwert
Figure imgf000017_0002
318 bereitgestellt werden. Daraus kann ein Differenzwert
Figure imgf000017_0003
319 berechnet werden (Schritt 309), als
Figure imgf000017_0004
Das Referenzmodell zur Ermittlung des Soll-Druckwerts 318 kann angepasst werden, um den Differenzwert 319 zu reduzieren, insbesondere zu minimieren (Schritt 302). Insbesondere können ein oder mehrere Parameter des
Referenzmodells angepasst werden, um den Differenzwert 319 zu reduzieren bzw. zu minimieren. Die Anpassung des Referenzmodells kann dabei, wie in Fig. 3 dargestellt, iterativ erfolgen. Anhand von ein oder mehreren Kennlinien für das Kraftstoffventil 104 bzw. für die Kraftstoffpumpe 105 kann das Volumen an Kraftstoff 110 modelliert werden, das in den Kraftstoffspeicher 108 gefördert wird. Des Weiteren kann anhand von ein oder mehreren Kennlinien für die ein oder mehreren Einspritzdüsen 109 das Volumen an Kraftstoff 110 modelliert werden, das aus dem Kraftstoffspeicher 108 entnommen wird. Es kann somit die Volumenänderung dV von Kraftstoff 1 10 in dem Kraftstoffspeicher 108 in einem Zeitintervall bzw. Winkelintervall ermittelt werden (Schritt 307). Die dadurch bewirkte Druckänderung dp kann mittels der Kompressibilitätsgleichung dp = ermittelt werden (Schritt 308), wobei
Figure imgf000017_0006
das Volumen des
Figure imgf000017_0005
Kraftstoffspeichers 108 ist, und wobei K das Kompressibilitätsmodul des
Kraftstoffs 110 ist (das als konstant angenommen werden kann). Aus der
Druckänderung dp und dem Soll-Druckwert oder dem Ist-Druckwert
Figure imgf000017_0007
an dem vorhergehenden Zeitpunkt bzw. für den vorhergehenden
Figure imgf000017_0009
Winkelwert
Figure imgf000017_0010
kann dann der aktuelle Soll- bzw. Referenz-Druckwert
Figure imgf000017_0008
318 ermittelt werden.
Ein oder mehrere Modellparameter des Referenzmodells, insbesondere ein oder mehrere Modellparameter in Bezug auf die ein oder mehreren Kennlinien zur Ermittlung des Durchflussvolumens des Kraftstoffventils 104 und/oder der Kraftstoffjpumpe 105 bzw. der Einspritzdüsen 109, können angepasst werden, um die Druckdifferenz 319 zu reduzieren, insbesondere zu minimieren. Bei Erreichen eines Abbruchkriteriums (Schritt 303) kann ein neues bzw. angepasstes Set 313 von Parameterwerten für die ein oder mehreren Modellparameter bereitgestellt werden. Das neue bzw. angepasste Parameter-Set 313 kann mit einem
Figure imgf000018_0001
ursprünglichen bzw. initialen Parameter-Set
Figure imgf000018_0002
317 verglichen werden (Schritt 304), um eine Parameterabweichung
Figure imgf000018_0003
314 zu berechnen, insbesondere als
Figure imgf000018_0004
Es kann dann überprüft werden (Schritt 305), ob die Parameterabweichung
Figure imgf000018_0005
314 einen bestimmten Abweichungs-Schwellenwert überschreitet oder nicht. Bei Nicht-Überschreiten des Abweichungs-Schwellenwerts kann von einem fehlerfreien Kraftstoffsystem 100 ausgegangen werden. Andererseits kann bei Überschreiten des Abweichungs-Schwellenwerts von einem Fehler ausgegangen werden. Des Weiteren können das neue bzw. angepasste Parameter-Set
Figure imgf000018_0006
313 und/oder die Parameterabweichung APS 314 ausgewertet werden (Schritt 306), z.B. mittels Mustererkennung, um Information in Bezug auf einen Fehlertyp und/oder in Bezug auf eine fehlerhafte Komponente (z.B. das Kraftstoffventil 104, die Kraftstoffpumpe 105 und/oder eine bestimmte Einspritzdüse 109) zu ermitteln.
Es kann somit eine Online-Optimierung von Referenzmodellparametem erfolgen, um ausgehend von einem Initial-Parameterset 317 die Abweichung 319 zwischen dem Ist-Dmckwert 311 und dem Soll-Druckwert zu reduzieren bzw. zu minimieren. Die optimierten bzw. ausgeregelten bzw. angepassten
Parameterwerte 313 können mit dem Initial-Parameterset 317 verglichen werden, und als Fehlermatrix für die Abweichungserkennung verwendet werden. Bei Überschreitung einer maximal zulässigen Abweichung, wobei die maximal zulässige Abweichung z.B. Bauteiltoleranzen berücksichtigt bzw. von Bauteiltoleranzen abhängig ist, kann eine Diagnose anhand von vordefinierten Fehlerbildem (z.B. mittels Mustererkennung) erfolgen, um einen Fehler des Kraftstoffsystems 100 zu erkennen. Beispielhafte Modellparameter sind
• das Volumen DV an Kraftstoff 110, das in einem Zeitintervall bzw. in einem Winkelintervall durch eine Einspritzdüse 109 fließt; das Volumen kann dabei pro Zeitintervall bzw. Winkelintervall variieren; und/oder
• das Volumen DV an Kraftstoff 110, das in einem Zeitintervall bzw. in einem Winkelintervall durch die Kraftstoffpumpe 105 gepumpt wird (z.B. pro Winkelbereich 203); das Volumen kann dabei pro Zeitintervall bzw. Winkelintervall variieren; und/oder
• einen Offsetwert Dr, der auf einen mittels des Referenzmodells ermittelten Druckverlauf appliziert werden muss, um den anhand des
Referenzmodells ermittelten Druckverlauf an den gemessenen Ist- Druckverlauf 203 anzugleichen. Der Offsetwert Dr ist dabei
typischerweise pro Zeitintervall konstant. Der Offsetwert Dr kann auf eine Fehlfunktion des Drucksensors 107 hinweisen (insbesondere auf einen systematischen Fehler des Drucksensors 107).
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur
Überwachung eines Kraftstoffsystems 100 für einen Verbrennungsmotor. Das Verfahren 400 kann durch eine Auswerteeinheit 11 1 (insbesondere durch ein Steuergerät) des Kraftstoffsystems 100 ausgefuhrt werden. Das Kraftstoffsystem 100 umfasst eine Kraftstoffpumpe 105, die eingerichtet ist, Kraftstoff 110
(insbesondere einen flüssigen Kraftstoff 110 wie z.B. Benzin oder Diesel) in einen Kraftstoffspeicher 108 (insbesondere in ein sogenanntes„common rail“) zu befördern. Außerdem umfasst das Kraftstoffsystem 100 ein oder mehrere
Einspritzdüsen 109, die eingerichtet sind, Kraftstoff 110 aus dem (gemeinsamen) Kraftstoffspeicher 108 in ein oder mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors zu befördern. Typischerweise umfasst das Kraftstoffsystem 100 N = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 oder 12 Einspritzdüsen 109 (für entsprechende 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 oder 12 Zylinder).
Das Verfahren 400 umfasst das Ermitteln 401 von Drockdaten in Bezug auf einen physikalischen Druck 202 in dem Kraftstoffspeicher 108 an einem
Abtastzeitpunkt während des Betriebs des Kraftstoffsystems 100. Die Druckdaten können mittels eines Drucksensors 107 erfasst werden. Die Druckdaten können dabei an einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten (bzw. für eine Vielzahl von unterschiedlichen Kurbelwellen-Winkeln 201) erfasst werden Mit anderen Worten, das Verfahren 400 kann an einer Vielzahl von
aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten bzw. Kurbelwellen-Winkeln 201 wiederholt werden, um das Kraftstoffsystem 100 quasi-kontinuierlich zu überwachen. Dabei kann der gesamte Kurbelwellen- Winkelbereich in 100, 500, 1000 oder mehr Abtastpunkte bzw. Kurbelwellen-Winkel 201 unterteilt werden.
Das Verfahren 400 kann ferner auf Basis der Druckdaten das Ermitteln einer Ist- Druckänderung in dem Kraftstoffspeicher 108 an dem Abtastzeitpunkt umfassen. Die Ist-Druckänderung kann dabei durch Vergleich (insbesondere durch
Differenzbildung) des Drucks 202 an dem aktuellen Abtastzeitpunkt mit dem Druck 202 an dem vorhergehenden Abtastzeitpunkt ermittelt werden.
Außerdem umfasst das Verfahren 400 das Ermitteln 402 einer Referenz- Druckänderung 318 an dem Abtastzeitpunkt bzw. in dem Zeitintervall zwischen dem vorhergehenden Abtastzeitpunkt und dem aktuellen Abtastzeitpunkt. Die Referenz-Druckänderung 318 kann dabei mittels eines Referenzmodells des Kraftstoffsystems 100 ermittelt werden. Ferner kann im Rahmen des Verfahrens 400 die Ist-Druckänderung mit der Referenz-Druckänderung 318 verglichen werden. Es kann dann eine Abweichung 319 zwischen der Ist-Druckänderung und der Referenz-Druckänderung 318 ermittelt werden. Des Weiteren umfasst das Verfahren 400 das Detektieren 403 eines Defekts bzw. einer Fehlfunktion des Kraftstoffsystems 100 auf Basis der Druckdaten und auf Basis der Referenz-Druckänderung 318. Insbesondere kann auf Basis des Vergleichs bzw. der Abweichung 319 zwischen Ist-Druckänderung und Referenz- Druckänderung 318 (bzw. zwischen Ist-Druck 311 und Soll- bzw. Referenz- Druck) ein Defekt bzw. eine Fehlfunktion des KraftstofFsystems 100 detektiert werden.
Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen wird eine robuste Diagnose des HD-Systems und/oder des ND-Systems eines Kraftstoffsystems 100 im Nutzbetrieb ermöglicht. Das beschriebene Diagnosemodell basiert auf den Ansteuerzeiten der Komponenten 105, 109 des HD- bzw. ND-Systems
(insbesondere für das Öffnen und Schließen der Komponenten 105, 109) und weist daher keine Querwirkung mit weiteren Reglern auf. Die beschriebenen Maßnahmen ermöglichen eine Identifizierung und Separierung von Fehlerbildero der Einzelkomponenten 105, 109 des Kraftstoffsystems 100 basierend auf dem Verlauf 203 des Drucks 202 in dem Kraftstoffspeicher 108 (auf Englisch dem „common rail“). Des Weiteren wird eine prädiktive Erkennung von sich anbahnenden Fehlem ermöglicht, noch bevor ein Fehler zu einer Beeinträchtigung des Betriebs eines Verbrennungsmotors fuhrt. Außerdem können die
beschriebenen Maßnahmen in effizienter Weise als Software implementiert werden (ohne Verwendung von zusätzlicher Hardware).
Für die prädiktive Erkennung eines sich anbahnenden Fehlers können die angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter des Referenzmodells eines Kraftstoffsystems 100 entlang der Laufzeit des
Kraftstoffsystems 100 (z.B. als Funktion der Kilometerleistung eines
Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs) ermittelt werden. Es kann dann auf Basis der zeitlichen Entwicklung der angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter eine Entwicklungstrend der der angepassten
Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter extrahiert bzw. prädiziert werden. Insbesondere kann prädiziert werden, ob und ggf. wann die angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter um mehr als die Mindestabweichung von den initialen Parameterwerten abweichen werden. Es kann somit ein sich anbahnender Fehler des Kraftstoffsystems 100 prädiziert werden (noch vor Eintreten des Fehlers).
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Ansprüche
1 ) Auswerteeinheit (111 ) für ein Kraftstoffsystem ( 100) zur Bereitstellung von Kraftstoff (110) für den Betrieb eines Verbrennungsmotors; wobei das Kraftstoffsystem (100) eine Kraftstoffpumpe (105) umfasst, die eingerichtet ist, Kraftstoff (1 10) in einen Kraftstoffspeicher (108) zu befördern; und wobei das Kraftstoffsystem (100) ein oder mehrere Einspritzdüsen (109) umfasst, die eingerichtet sind, Kraftstoff (110) aus dem Kraftstoffspeicher (108) zu einem Arbeitsgemisch eines oder mehrerer Zylinder des Verbrennungsmotors zu befördern; wobei die Auswerteeinheit (11 1) eingerichtet ist,
- während des Betriebs des Kraftstoffsystems ( 100) an einem
Abtastzeitpunkt, Druckdaten in Bezug auf einen physikalischen Druck (202) in dem Kraftstoffspeicher (108) zu ermitteln;
- anhand eines Referenzmodells des Kraftstoffsystems ( 100) eine
Referenz-Druckänderung (318) an dem Abtastzeitpunkt zu ermitteln; und
auf Basis der Druckdaten und auf Basis der Referenz- Druckänderungen (318) einen Defekt des Kraftstoffsystems (100) zu delektieren.
2) Auswerteeinheit (1 11) gemäß Anspruch 1, wobei
- das Referenzmodell von ein oder mehreren Eigenschaften der
Kraftstoffpumpe (105) und der ein oder mehreren Einspritzdüsen (109) abhängt; und/oder
- das Referenzmodell ausgebildet ist, eine Änderung des Drucks (202) in dem Kraftstoffspeicher (108) anzuzeigen, die zu erwarten ist, wenn sich das Kraftstoffsystem (100) entsprechend dem Referenzmodell verhält. 3) Auswerteeinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das Referenzmodell ein oder mehrere Modellparameter umfasst; und die Auswerteeinheit (111) eingerichtet ist,
- angepasste Parameterwerte für die ein oder mehreren
Modellparameter zu ermitteln, um eine Abweichung (319) eines mittels der Referenz-Druckänderung (318) ermittelten Referenz-Drucks von einem durch die Druckdaten angezeigten Ist-Druck (311) zu reduzieren; und
- auf Basis der angepassten Parameterwerte einen Defekt des Kraftstoffsystems (100) zu detektieren. 4) Auswerteeinheit (1 11) gemäß Anspruch 3, wobei die Auswerteeinheit (111) eingerichtet ist,
- die angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren
Modellparameter mit initialen Parameterwerten für die ein oder mehreren Modellparameter zu vergleichen; und
auf Basis des Vergleichs der angepassten Parameterwerte mit den initialen Parameterwerten einen Defekt des Kraftstoffsystems (100) zu detektieren.
5) Auswerteeinheit (1 11) gemäß Anspruch 4, wobei das Referenzmodell mit den initialen Parameterwerten für die ein oder mehreren Modellparameter ein Sollverhalten und/oder ein fehlerfreies Verhalten des Kraftstoffsystems (100) beschreibt.
6) Auswerteeinheit (1 11) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die
Auswerteeinheit (1 11) eingerichtet ist,
- zu bestimmen, ob die angepassten Parameterwerte um mehr als eine Mindestabweichung von den initialen Parameterwerten abweichen oder nicht; wobei die Mindestabweichung insbesondere von einer Fertigungstoleranz des Kraftstoffsystems (100) abhängt; und einen Defekt des Kraftstoffsystems (100) zu detektieren, wenn bestimmt wurde, dass die angepassten Parameterwerte um mehr als die Mindestabweichung von den initialen Parameterwerten abweichen. 7) Auswerteeinheit (111) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei
die Aus Werteeinheit (111) eingerichtet ist, die angepassten Parameterwerte für die ein oder mehreren Modellparameter anhand eines Mustererkennungs-Algorithmus zu analysieren, insbesondere um einen Typ des Defekts des Kraftstoffsystems (100) aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Defekt-Typen zu ermitteln;
die Mehrzahl von unterschiedlichen Defekt-Typen insbesondere umfasst, einen Defekt der Kraftstoffpumpe (105) und/oder einen Defekt einer bestimmten Einspritzdüse (109) der ein oder mehreren Einspritzdüsen (109) und/oder einen systematischen Messfehler eines Drucksensors (107) zur Erfassung der Druckdaten; und
der Mustererkennungs-Algorithmus im Vorfeld mittels eines Maschinen-Lem-Verfahrens angelernt wurde.
8) Auswerteeinheit (1 11) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei
- die ein oder mehreren Modellparameter von einer Durchflussrate und/oder einem Durchflussvolumen an Kraftstoff (110) der Kraftstoffpumpe (105) und/oder der ein oder mehreren Einspritzdüsen
(109) abhängen; und/oder
- die ein oder mehreren Modellparameter zumindest einen
Modellparameter umfassen, der ein Durchflussvolumen an Kraftstoff
(110) der Kraftstoffpumpe (105) an dem Abtastzeitpunkt anzeigt; und/oder
- die ein oder mehreren Modellparameter zumindest einen
Modellparameter umfassen, der ein Durchflussvolumen an Kraftstoff (110) einer bestimmten Einspritzdüse (109) der ein oder mehreren Einspritzdüsen (109) an dem Abtastzeitpunkt anzeigt.
9) Auswerteeinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Auswerteeinheit (1 11) eingerichtet ist, die Druckdaten wiederholt an einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten zu ermitteln, um das Kraftstoffsystem (100) an der Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten zu überwachen; und/oder
- die Vielzahl von aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten einer
entsprechenden Vielzahl von Winkeln (201) einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotor entspricht.
10) Verfahren (400) zur Überwachung eines Kraftstoffsystems (100) für einen Verbrennungsmotor; wobei das Kraftstoffsystem (100) eine Kraftstoffpumpe (105) umfasst, die eingerichtet ist, Kraftstoff (110) in einen Kraftstoffspeicher (108) zu befördern; und wobei das Kraftstoffsystem (100) ein oder mehrere Einspritzdüsen (109) umfasst, die eingerichtet sind, Kraftstoff (110) aus dem Kraftstoffspeicher (108) in ein oder mehrere Zylinder des
Verbrennungsmotors zu befördern; wobei das Verfahren (400) umfasst,
- Ermitteln (401 ) von Druckdaten in Bezug auf einen physikalischen Druck (202) in dem Kraftstoffspeicher (108) an einem Abtastzeitpunkt während des Betriebs des Kraftstoffsystems (100);
- Ermitteln (402) einer Referenz-Druckänderung (318) an dem
Abtastzeitpunkt anhand eines Referenzmodells des Kraftstoffsystems (100); und
- Delektieren (403) eines Defekts des Kraftstoffsystems (100) auf Basis der Druckdaten und auf Basis der Referenz-Druckänderungen (318).
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